• 한국지반공학회논문집
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• 제37권6호
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• pp.39-50
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• 2021

최근 국내에 리히터 규모 5.0 이상의 지진의 빈도수가 늘어남에 따라 지진피해가 늘어나면서 내진설계에 대한 많은 연구와 관심이 높아져 가고 있는 실정이다. 최근 발생한 포항지진에 의해 많은 피해가 발생하였고, 항만시설물 또한 피해가 발생하였다. 본 연구에서는 항만구조물 중 외곽시설인 직립식 방파제의 지진 시 발생하는 동적 거동을 원심모형실험을 통해 분석하였다. 이를 위하여 상사법칙을 적용한 직립식 방파제 모형에 포항지진파, 인공지진파 I, II의 총 세 가지 지진파를 적용하고, 지반에 대하여 DCM보강, 사석치환의 두 가지 방식의 보강을 한 경우를 고려하여 원심모형실험을 수행하였다. 그 결과 획득한 지진 시 직립식 방파제의 동적 거동에 대하여 가속도, 수평·수직 변위를 분석하여 내진안정성을 검토하였다. 검토 결과 방파제 기초지반이 DCM보강 및 사석치환을 통해 지지력 및 강성이 높아짐에 따라 가속도 증폭이 억제되는 경향을 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.53-61
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• 2006

지반 액상화는 흙유체간의 복잡한 동적상호작용에 의해 발생하므로 액상화 현상을 규명하고 액상화 모델링을 위한 데이타를 얻기 위하여 실험을 통한 액상화 연구가 널리 수행되고 있다. 본 연구에서는 원지반의 구속압을 모사할 수 있는 원심모형실험을 수행하여 수평지반의 액상화 거동을 분석하였다. 25cm두께의 지반에 40g의 원심가속도를 가하여 10m 두께의 원지반을 모사하였는데, 동적진동과 소산의 시간상사비 차이를 제거하기 위해 점성유체를 사용하였다. 실험결과로부터 과잉간극수압 소산거동은 침강현상과 압밀현상의 복합적 작용결과임을 확인하였다. 또한, 침강속도, 지반 가속도 진폭, 그리고 입자침강시의 동적 투수계수 값은 지반 구속압의 영향을 크게 받음을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.119-135
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• 2022

본 논문에서는 대심도 가설 흙막이 벽체의 내진안전성을 검토하기 위해 평균재현주기 2,400년 수준(0.220g)을 목표로 Northridge(1994), Kobe(1995), 인공지진파 그리고 2.5Hz 정현파 총 네 가지 지진파를 가진하는 동적원심모형실험을 수행하였다. 원심모형실험은 대심도 굴착현장을 대상을 모사하였다. 모형지반은 상대밀도 55% 건조사질토지반으로 조성하였고, 모형벽체는 심도 24.8m의 지하연속벽 흙막이벽체와 중구경 강관 지보재로 보강된 공법을 모사하였다. 흙막이 시스템은 기반암 가속도가 배면지반, 벽체 상단과, 기반암 근처 하단부에서 증폭되었고, 중앙부에서는 상대적으로 감쇠되는 경향을 보였다. 벽체 전체최대휨모멘트와 지보재 전체최대축력이 유발되는 시점의 부재력을 정지상태 부재력과 비교하였다. 그 결과, 벽체 휨모멘트는 정모멘트와 부모멘트가 최대 10.1%, 36.2% 증가하였으며, 축력은 하단 지보재에서 최대 70% 증가하였다. 또한, Mononobe-Okabe(M-O) 동적토압이론과 Seed-Whitman(S-W) 동적토압이론을 활용한 등가정적해석을 수행하여 실험결과와 비교하였다. M-O 이론 등가정적해석이 휨모멘트 동적증가분을 과소평가하고, S-W 이론 등가정적해석은 과대평가하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제7권6호
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• pp.133-143
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• 2006

본 논문에서는 저자가 제안한 유효응력모델을 이용하여 지진시 사면의 동적거동에 관한 수치해석을 수행하였다. 항복함수는 동일한 응력비를 가진 무한개의 방사선을 의미하며, 비관련 유동규칙을 가진 탄소성모델인 UBCSAND를 이용하였다. 이 모델은 FLAC내에 내장된 Mohr-Coulomb모델을 변형한 형태이다. UBCSAND모델을 이용하여 RPI에서 수행한 원심모형실험결과를 예측하였다. 먼저, UBCSAND모델을 Nevada모래를 사용한 반복 직접단순전단시험결과를 이용하여 검증하였으며, 액상화전후의 거동을 예측하였다. 이와 같이 검증된 모델을 원심모형실험에서 계측된 가속도, 과잉간극 수압, 변위와 서로 비교하였다. 일반적으로 계측치와 예측치가 일치하였다. 유효응력모델을 이용한 동적 수치해석기법은 서부 캐나다에서 댐, 교량, 터널, 파이프라인과 관련된 액상화 프로젝트에 실제 사용되고 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권3C호
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• pp.85-94
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• 2012

본 논문은 액상화 지반에서의 지반-지하 중공구조물 상호작용에 따른 구조물의 rocking현상을 조사하기 위해서 수행한 원심모형실험에 관하여 서술하고 있다. 지진이 발생하였을 때 지반이 강한 진동에 노출되면 상대밀도가 낮은 느슨한 모래지반에서는 액상화가 발생하며, 액상화된 지반보다 작은 단위중량을 가진 지하 중공구조물은 부상한다. 지하 중공구조물이 부상하는 동안에 구조물의 동적 거동과 구조물의 부상량에 대한 원지반의 영향을 평가하기 위하여 원지반의 상대밀도를 다르게 모델지반을 제작하였고, 아크릴 박스를 이용하여 트랜치를 제작하여 모형실험을 수행하였다. 실험결과, 액상화된 원지반의 측방유동 및 주변지반의 전단변형에 의해 야기되는 지하 중공구조물의 rocking현상이 지하 중공구조물의 부상량의 규모에 크게 기여하는 것으로 나타났다.

• 토지주택연구
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• 제6권3호
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• pp.147-152
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• 2015

현재, 국내의 내진설계기준에서 제시하고 있는 지반분류 방법과 지반 증폭계수는 깊은 기반암 조건의 미국 서부 해안지역 지반에 적합하도록 제시되어 있으므로 기반암이 약 30m 미만인 우리나라와는 다른 동적 거동을 나타낸다. 선행연구에 의하면, 말뚝 기초에 대한 원심모형 실험결과와 동적 지진 해석결과는 우리나라에서 사용하고 있는 설계스펙트럼의 가속도 값보다 주기 1.5초 부근에서는 낮게 나타나고 있다. 따라서, 본 논문에서는 원심모형 실험결과에서 얻어진 설계스펙트럼 가속도를 사용하여 구조해석을 수행하고 기존의 설계기준과 대비하여 철근 및 콘크리트의 물량 등을 상호 비교하여 아파트 골조공사의 경제성을 비교, 검토하였다. KBC-2009 기준의 Sc 지반과 SD 지반을 사용하여 구조해석 및 내진설계를 수행하고, SD에 해당하는 지반의 동적 지진 실험결과의 스펙트럼가속도(SDS)를 사용하여 구조해석 및 내진설계를 수행하여 상호 비교 고찰한 결과, 지반의 종류 SD 지반에 해당하는 연약지반의 경우라도 동적 실험 및 해석을 수행하여 지반의 스펙트럼 가속도를 산정하여 구조해석에 적용할 경우 Sc 지반과 유사한 정도의 철근 물량 값을 얻을 수 있었고, 이것은 당초 연약지반으로 고려되던 SD 지반으로 설계하는 경우에 비하여 17~23% 정도의 물량을 절감할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권1호
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• pp.61-70
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• 2011

충돌보호공은 해저지반에 깊게 근입되어 있으며 돌핀을 의미하는 상부는 단단한 콘트리트 뚜껑으로 막혀지고 쇄석으로 채워진 원형의 속채움 시트파일의 배열로 구성된다. 본 연구에서는 돌핀의 거동을 규명하기 위해 총 7회의 준정적실험과 11회의 동적 원심모형실험을 수행하였다. 주요한 실험적 결과는 다음과 같다. 우선, 준정적실험의 실험적인 힘-변위 결과는 채움재 강성과 관련된 채움 밀도의 변화로부터 구조물의 초기 강성에 대한 영향을 보여준다. 그리고 동일한 변위에서의 에너지 소산을 비교해보면 더 조밀한 채움에서 직경 20m 돌핀은 16%, 직경 30m 돌핀은 23% 정도 소산율이 증가하는 것으로 나타났다. 30m 직경의 돌핀이 더 큰 민감도를 갖는 것은 채움재의 변형률이 에너지소산에 대해 보다 크게 기여하기 때문이다. 동 정적 충돌실험결과, 일반적으로 동적 응답이 준정적 응답보다 26~58%까지 크고 더 작은 변위에서 에너지 소산이 발생되고 있음을 알 수 있다. 따라서 돌핀 구조물의 거동예측 시 준정적 응답특성을 사용하는 것이 보수적이라는 것을 알 수 있으며, 하부충돌 시 돌핀 저항력은 상부충돌 시와 동일하거나 더 우세한 것으로 나타났다.

• 토지주택연구
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• 제5권2호
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• pp.115-120
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• 2014

현재 국내 내진설계기준에서 제시하고 있는 지반분류 방법 및 지반 증폭계수는 기반암이 주로 30m 이내에 위치하는 일반적인 국내 지반특성을 제대로 반영하지 못하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 점성토 지반에 근입된 비정형 말뚝기초(PHC 500, 중심 간격 3D)에 대한 동적 원심모형 실험을 실시하여 자유장과 기초판의 응답 스펙트럼 결과를 비교하였다. 장주기 영역에서는 SE 지반의 설계 스펙트럼 가속도보다 기초와 자유장에서 계측된 실제 스펙트럼 가속도가 작게 나타났고, 기초에서 발생한 스펙트럼 가속도는 지진 하중이 커지면 SD 지반의 설계 스펙트럼 가속도와 유사해지는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 연약한 지반(SE 지반)에 대한 현행 설계기준이 지진 하중을 과대평가하고 있으며 비경제적 설계를 할 수 있음을 의미한다. 1.5초 이상의 장주기 영역에서는 실험에서 측정된 스펙트럼 가속도가 SC 지반의 표준설계응답스펙트럼 가속도보다 작게 나타났고 기초 및 자유장 조건에 의한 스펙트럼 가속도 차이가 거의 발생하지 않았다. 따라서, 실제 아파트에 해당하는 1.5초 이상의 장주기에서는 국내 지반조건을 고려하여 실험에서 측정된 스펙트럼 가속도를 설계에 적용하면 표준설계스펙트럼을 적용할 때 보다 경제적인 설계가 가능한 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권8호
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• pp.67-75
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• 2010

본 연구에서는 연약 점성토 지반에 근입된 모형말뚝을 대상으로 다양한 입력 가속도 크기 및 진동수 조건에서 1g 진동대 실험을 수행하였다. 실험 결과를 이용하여, 각각의 동적 p-y 곡선을 산정하였으며, 이 p-y 곡선 상에서 최대지반반력이 나타나는 꼭지점들을 연결하여 연약 점성토의 동적 p-y 중추곡선(Backbone curve)을 쌍곡선 함수로 나타내었다. 이 쌍곡선 함수를 정의하는데 필요한 초기 기울기와 극한 저항력은 Matlock의 p-y 곡선 공식을 이용하여 제안하였다. 새로 제안한 동적 p-y 중추곡선은 실제 내진설계에 사용되고 있는 정적 p-y 곡선과 다른 연구자들의 원심모형실험 결과 및 수치해석 결과와 비교하여 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.5-17
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• 2019

철도하중 및 지진하중 재하 시 궤도지지말뚝 구조의 동적 거동 평가를 위해 동적원심모형 실험을 수행하였다. 실험의 변수는 연약지반의 깊이와 성토체의 높이로 결정하였으며, 총 4가지 경우에 대해 실험을 수행하였다. 연약지반 깊이는 실제 연약지반층에 고속철도를 부설한 호남고속철도의 익산-정읍 구간의 시추주상도를 분석하여 결정하였으며, 성토체의 높이는 일반적인 고속철도의 성토체 높이 범위의 하한 값과 상한 값으로 결정하였다. 실험 결과, 연약지반 깊이 대비 성토체 높이 비율이 높을 수록 말뚝에 작용하는 최대 휨모멘트 값이 크게 평가되었다. 또한, 실험조건 내에서 부설되는 궤도지지말뚝 구조는 단주기 지진파에 대해서는 국내 내진설계 기준의 최대 지진하중인 0.22g에 대해서까지 안전한 것으로 확인되었다. 그러나, 장주기 지진파에 대해서는 재현주기 2400년 지진인 0.22g로 가진시 말뚝의 균열 모멘트가 초과되었다. 일련의 실험결과를 바탕으로, 본 논문에 기술된 연약지반 깊이와 성토체 높이 범위 내에서 궤도지지말뚝 일반 단면에 대한 연약지반 대비 성토체 높이 비율 기준을 제시하였다.